JP3212614B2 - Ultrasonic sound attenuator - Google Patents

Ultrasonic sound attenuator

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JP3212614B2
JP3212614B2 JP52549097A JP52549097A JP3212614B2 JP 3212614 B2 JP3212614 B2 JP 3212614B2 JP 52549097 A JP52549097 A JP 52549097A JP 52549097 A JP52549097 A JP 52549097A JP 3212614 B2 JP3212614 B2 JP 3212614B2
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ヤン ヴァン ベクム アールト
ロースネク ニコ
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Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
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    • G10K11/161—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general in systems with fluid flow

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波原理によって作動し、さらに間隔を
おいて相互に配置された測定区間を間に有する２つの超
音波変換器を有する流量計であって、超音波変換器によ
り予め設けられた測定区間の前に乃至は後ろに超音波の
ための音波減衰器が設けられている流量計に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a flow meter which operates according to the ultrasonic principle and which has two ultrasonic transducers between which there is a measuring section which is arranged at a distance from one another. The present invention relates to a flow meter in which a sound attenuator for ultrasonic waves is provided before or after a measuring section provided in advance by a converter.

従来技術からはこれまでは実質的に聴覚領域（20Hz〜
20kHz）の音波用音波減衰器が公知である。これは例え
ば聴覚領域の音波放射をできるだけ低減するか又は全く
回避するために自動車の排気ガス流内に組み込まれる。Until now, the conventional technology has been practically in the auditory region (20Hz ~
Acoustic sound attenuators of 20 kHz) are known. This is, for example, integrated into the exhaust gas stream of the motor vehicle in order to reduce or avoid as much as possible sound waves in the auditory region.

工業用装置においても聴覚領域の音波放射をできるだ
け低減しこれにより環境保護条件を満たそうとする努力
しており、最近はガス流制御のためのスロットルバルブ
が公知である。このスロットルバルブは、絞り過程に起
因し環境に影響を与える聴覚領域の音波を放射するかわ
りに、例えば2kHzと63kHzとの間の環境技術的に比較的
問題のない超音波（＞20kHz）を発生する。Efforts are also being made in industrial equipment to reduce acoustic radiation in the auditory region as much as possible, thereby meeting environmental protection requirements, and recently throttle valves for gas flow control are known. This throttle valve emits ultrasonic waves (> 20kHz), for example, between 2kHz and 63kHz, which are relatively environmentally friendly, instead of emitting acoustic waves in the auditory region that affect the environment due to the throttle process. I do.

現代のスロットルバルブによるこのような超音波放射
は、なるほど一方では環境保護条件を満たすことにつな
がるが、他方ではしばしばガス流量調整用のフィードバ
ック制御システムに使用され超音波原理によって作動す
る流量計との不調和をもたらす。現代のスロットルバル
ブによって発生させる超音波は、超音波原理によって作
動するこの公知の流量計に最終的には完全な故障に至る
ほどのきわめて甚大な機能障害をもたらす。Such ultrasonic radiation by modern throttle valves, on the one hand, leads to meeting environmental protection requirements, but on the other hand often involves the use of a flow meter operating in accordance with the ultrasonic principle, which is used in feedback control systems for gas flow regulation. Brings disharmony. The ultrasonic waves generated by modern throttle valves result in a very severe malfunction of this known flow meter operating by the ultrasonic principle, which ultimately leads to a complete failure.

本発明の課題は、次のように従来の流量計を改善する
ことである。すなわち、外部の超音波源に由来する超音
波を大きく減衰し、この結果、これらの超音波源により
発生される測定エラーを低減するように従来の流量計を
改善することである。An object of the present invention is to improve a conventional flow meter as follows. That is, to improve upon conventional flow meters to greatly attenuate ultrasonic waves originating from external ultrasonic sources, thereby reducing measurement errors generated by these ultrasonic sources.

上記課題は、音波減衰器は多数の散乱ユニットを有
し、この散乱ユニットは実質的に円柱状のPALLリングと
して形成されており、このPALLリングは、そのシリンダ
ジャケットに開口部を有し、その内側にシャベル状に湾
曲したガイドエレメントを有することによって解決され
る。The problem is that the acoustic attenuator has a number of scattering units, which are formed as substantially cylindrical PALL rings, which have openings in their cylinder jackets, The problem is solved by having a shovel-shaped curved guide element on the inside.

本発明によれば、減衰エレメントに多数の小さな面の
反射面を有する少なくとも１つの散乱ユニットを配置す
る。According to the invention, at least one scattering unit having a number of small reflecting surfaces is arranged on the attenuation element.

本発明の構成によって次のことが保証される。すなわ
ち、超音波が非常に何回も反射され、このため延長され
た音響路における超音波の破壊的干渉、つまり超音波の
消滅の確率が大きくなることが保証される。この延長さ
れた音響路は超音波の振幅の良好な減衰をもたらす。The following is guaranteed by the configuration of the present invention. That is, the ultrasonic waves are reflected very many times, which ensures that the probability of destructive interference of the ultrasonic waves in the extended acoustic path, that is, the extinction of the ultrasonic waves, is increased. This extended acoustic path provides good attenuation of the ultrasonic amplitude.

反射面の寸法がほぼ超音波の波長領域にあるならば、
さらに次のことが保証される。すなわち、超音波に対し
て有効なできるだけ多数の反射面を所定の容積内に装着
することが保証される。超音波の波長より小さい領域の
寸法を有する反射面は超音波にとっては「見えない」か
又は条件付きでのみ「見える」かのいずれかである。一
方で超音波の波長より大きい領域の寸法を有する反射面
はなるほど超音波とっては「見える」ので反射を引き起
こすが、同時に不必要に場所を必要とする。If the size of the reflecting surface is almost in the wavelength range of the ultrasonic wave,
In addition, the following is guaranteed: That is, it is ensured that as many reflection surfaces as possible that are effective for ultrasonic waves are mounted in a predetermined volume. Reflective surfaces having dimensions in the region smaller than the wavelength of the ultrasound are either "invisible" or only conditionally "visible" to the ultrasound. On the other hand, a reflective surface having a size in the region larger than the wavelength of the ultrasonic wave causes the reflection because it is "visible" to the ultrasonic wave, but at the same time requires unnecessary space.

できるだけ長い音響路に結びついた破壊的な干渉の確
率は反射面が不均一に配向されている場合にとりわけ高
い。The probability of catastrophic interference linked to the longest possible acoustic path is particularly high when the reflecting surfaces are unevenly oriented.

本発明の超音波用音波減衰器の減衰のさらなる改良
は、散乱ユニットの反射面が少なくとも部分的に湾曲さ
れていることによって保証される。反射面をこのように
湾曲させることによりガス流内に渦が形成される。この
渦は同様に超音波の振幅を結果的に減衰させる。A further improvement of the attenuation of the ultrasonic sound attenuator according to the invention is ensured by the reflecting surface of the scattering unit being at least partially curved. This curvature of the reflective surface creates a vortex in the gas stream. This vortex likewise results in an attenuation of the ultrasound amplitude.

減衰エレメントに接して及び／又は減衰エレメント内
に少なくとも一層のガーゼ又はこれに匹敵するような繊
維織物素材を配置すれば、このガーゼによりガス流が大
いに妨害されることによってさらなる超音波の振幅の低
減が保証される。Placing at least one layer of gauze or a comparable textile fabric material in contact with and / or within the damping element further reduces the amplitude of the ultrasonic waves due to the large obstruction of the gas flow by the gauze. Is guaranteed.

本発明の超音波用音波減衰器は次のことによってとり
わけ有利な実施形態を得る。すなわち、聴覚領域の音波
用の公知の通常の減衰エレメントと同様に、減衰エレメ
ントが穴のあいた管状の一方の端部が閉じられている物
体から構成されることによってとりわけ有利な実施形態
を得る。このような減衰エレメントは簡単でコスト安に
製造でき、さらに例えば前述したように聴覚領域の音波
用音波減衰器から借用することができる。The ultrasonic sound attenuator of the present invention obtains a particularly advantageous embodiment by the following. That is, a particularly advantageous embodiment is obtained in that the damping element is composed of a body with one end closed in a perforated tube, similar to the known conventional damping elements for sound waves in the auditory region. Such a damping element can be manufactured simply and inexpensively and can also be borrowed, for example, from a sound attenuator in the auditory region, as described above.

実験的には音波減衰器の減衰特性に対してとりわけ有
利であるとしてほぼ20mmの直径の減衰エレメントの穴が
製造された。Experimentally, holes of a damping element with a diameter of approximately 20 mm have been produced as being particularly advantageous for the damping properties of the acoustic attenuator.

穴のあいた管状の一方の端部が閉じられている物体か
ら構成される前述の減衰エレメントにおいて、この減衰
エレメントの内側に、外部から内部へと向けて開放され
た幾何学的な構造を有する散乱ユニットを配置すること
はとりわけ有利である。この開放された幾何学的な構造
は全く異なる断面積を有してもよい。この開放された幾
何学的な構造は例えば円形状、正方形状等々に形成して
もよい。In the aforementioned damping element consisting of a body with one end closed in a perforated tube, a scattering element having a geometric structure open from outside to inside inside the damping element. Arranging the units is particularly advantageous. This open geometric structure may have a completely different cross-sectional area. This open geometric structure may be formed, for example, in a circular shape, a square shape, or the like.

本発明の音波減衰器は、減衰エレメントが多数の散乱
ユニットによって充填されることによってさらに有利な
実施形態を得る。この手段によって反射面が非常に不均
一に配向され、同時に散乱ユニットが過度に複雑な構造
を持つ必要がないことが保証される。The acoustic attenuator according to the invention obtains a further advantageous embodiment in that the attenuation element is filled by a number of scattering units. This measure ensures that the reflecting surface is oriented very non-uniformly, while at the same time the scattering unit does not need to have an overly complex structure.

減衰エレメントを多数の散乱ユニットで充填する場合
にはいわゆるPALLリングが散乱ユニットとしてとりわけ
有利である。このPALLリングは一方で多数の小さな反射
面を有し、他方でこれらの反射面は超音波の振幅をさら
に減衰させる渦が高い確率で発生するように配置され
る。If the attenuation element is filled with a number of scattering units, so-called PALL rings are particularly advantageous as scattering units. This PALL ring has, on the one hand, a large number of small reflecting surfaces, which, on the other hand, are arranged in such a way that vortices which further attenuate the amplitude of the ultrasound waves are generated with high probability.

聴覚領域の音波用音波減衰器と同様に、減衰エレメン
トを湾曲した導管に適合するように構成すると本発明の
音波減衰器にとってもとりわけ有利である。このように
湾曲させることによってさらに延長される音響路はさら
に超音波の振幅を減衰させる。It is particularly advantageous for the sound attenuator according to the invention if, as well as the sound attenuator for sound in the auditory region, the damping element is adapted to fit a curved conduit. The acoustic path that is further extended by this bending further attenuates the amplitude of the ultrasonic wave.

本発明は超音波原理によって作動する流量計に関す
る。このような流量計は例えばドイツ特許公開第195308
07号公報から公知である。The invention relates to a flow meter which operates according to the ultrasonic principle. Such a flow meter is described, for example, in German Offenlegungsschrift 195 308.
It is known from JP-A-07-2007.

本発明によれば、超音波原理によって作動する公知の
流量計は、超音波源とこの流量計との間にとりわけ上述
したような超音波用音波減衰器が配置されていることに
よって特徴づけられる。有利にはこの手段によって、超
音波原理によって作動するこの流量計はその機能に外部
の音源からの超音波による影響をうけないことが保証さ
れる。According to the invention, known flow meters operating according to the ultrasonic principle are characterized in that an ultrasonic wave attenuator as described above is arranged between the ultrasonic source and the flow meter. . Advantageously, this measure ensures that the flowmeter, which operates according to the ultrasonic principle, is not affected by its function by ultrasonic waves from an external sound source.

詳しく言えば本発明のガス流内の超音波用音波減衰器
を構成し改良する多数の方法がある。図面に関連づけて
有利な実施例の説明を参照してもらう。図面において 図１は超音波原理によって作動する流量計の原理的な
概略図を示す。Specifically, there are a number of ways to construct and improve the acoustic attenuator for ultrasonics in a gas stream of the present invention. Reference is made to the description of an advantageous embodiment in connection with the drawings. In the drawings FIG. 1 shows a principle schematic diagram of a flow meter operating according to the ultrasonic principle.

図２は本発明による減衰エレメントの実施例を示す。 FIG. 2 shows an embodiment of the damping element according to the invention.

図３のａ）とｂ）とは本発明の散乱ユニットの第１の
実施例と第２の実施例との断面図を示す。FIGS. 3a and 3b are cross-sectional views of the first and second embodiments of the scattering unit of the present invention.

図４のａ）とｂ）とは本発明の散乱ユニットの第３の
実施例の２つの異なる方向から見た概略図を示す。FIGS. 4a and 4b show schematic views of a third embodiment of the scattering unit according to the invention, seen from two different directions.

図５は、超音波源と流量計との間に本発明による音波
減衰器が配置されていない場合の超音波原理によって作
動する流量計の出力信号を示す。FIG. 5 shows the output signal of a flow meter operating according to the ultrasonic principle when no sound attenuator according to the invention is arranged between the ultrasonic source and the flow meter.

図６は、超音波源と流量計との間に本発明による音波
減衰器が配置されている場合の超音波原理によって作動
する流量計の出力信号を示す。FIG. 6 shows the output signal of a flow meter operating according to the ultrasonic principle when a sound attenuator according to the invention is arranged between the ultrasonic source and the flow meter.

図面の図１には２つの超音波変換器１、２を有する超
音波原理によって作動する流量計が図示されており、こ
れら２つの超音波変換器１、２のうちの一方はその都度
超音波を送出し、この超音波を他方が受信する。これは
交代に行われる、すなわち超音波変換器１、２の各々が
交互に送信器及び受信器として使用される。ガス流の速
度はこのようなシステムにおいては次の式によって得ら
れる。FIG. 1 of the drawings shows a flow meter operating according to the ultrasonic principle having two ultrasonic transducers 1, 2, one of the two ultrasonic transducers 1, 2 being provided in each case with an ultrasonic transducer. And the other receives this ultrasonic wave. This takes place alternately, ie each of the ultrasonic transducers 1, 2 is used alternately as a transmitter and a receiver. The velocity of the gas stream in such a system is given by:

ただしι＝２つの超音波変換器１、２の間の間隔 β＝ガス流方向に対する超音波パルスの伝播角度 tup＝ガス流の上流への伝播時間 tdown＝ガス流の下流への伝播時間 である。 Where ι = interval between two ultrasonic transducers 1 and 2 β = propagation angle of ultrasonic pulse with respect to gas flow direction t up = propagation time of gas flow upstream t down = propagation time of gas flow downstream It is.

この関係式を前提にして、フロー速度の測定信号の誤
差について次の関係式が得られる。Assuming this relational expression, the following relational expression is obtained for the error of the flow rate measurement signal.

ただし＝超音波変換器１、２の超音波信号の周波数 S/N＝測定信号の信号／雑音比 である。 Here, = frequency of ultrasonic signal of ultrasonic transducers 1 and 2 S / N = signal / noise ratio of measurement signal.

本発明によればガス流の中の超音波の振幅を低減し信
号／雑音比を改善するためには、減衰エレメントは、例
えば穴のあいた管状の一方の端部が閉じられている物体
として形成される。このような減衰エレメント３が図２
に図示されている。図２に図示されたこの減衰エレメン
ト３は、その接合フランジ４によってここには図示され
ていない管状導管の２つの接合フランジの間にはめ込ま
れる。According to the invention, in order to reduce the amplitude of the ultrasonic waves in the gas stream and to improve the signal / noise ratio, the damping element is formed, for example, as a closed body at one end of a perforated tube. Is done. Such a damping element 3 is shown in FIG.
Is shown in FIG. This damping element 3 shown in FIG. 2 is fitted by its connecting flange 4 between two connecting flanges of a tubular conduit, not shown here.

減衰エレメント３の内側には、例えば図３のａ）に図
示されている、外部から内部へと向けて開放されて幾何
学的的な構造を有する散乱ユニット５の第１の実施例が
配置される。この散乱ユニット５は図３のａ）では切り
取られた断面図として図示されている。理想的にはこの
散乱ユニット５の奥行きはフロー方向に超音波の波長領
域にある。代替的な第２の散乱ユニット６が図３のｂ）
に同様に断面図として図示されている。これらの散乱ユ
ニット５、６は一方では全体的に円柱状に形成された散
乱ユニットとして減衰エレメント３の内側に配置されて
もよく、他方では同一の又は類似の断面積を有する多数
の小さな散乱ユニットとして不均一に減衰エレメント３
を充填してもよい。両方の方法を重畳的に組み合わせて
使用してもよい。この場合常に重要なことは、この減衰
エレメント３にその中に配置される散乱ユニット５、６
によってできるだけ多数の小さな面の反射面が存在する
ことである。Inside the attenuating element 3, a first embodiment of a scattering unit 5, which is open from the outside to the inside and has a geometric structure, for example as shown in FIG. You. This scattering unit 5 is shown in FIG. 3a as a cut-away sectional view. Ideally, the depth of the scattering unit 5 is in the wavelength range of the ultrasonic wave in the flow direction. An alternative second scattering unit 6 is shown in FIG.
Are also shown in cross-section. These scattering units 5, 6 may on the one hand be arranged inside the attenuation element 3 as generally cylindrically shaped scattering units, on the other hand a number of small scattering units having the same or similar cross-sectional area As non-uniform damping element 3
May be filled. Both methods may be used in an overlapping manner. What is always important in this case is that the attenuating element 3 has scattering units 5, 6 arranged therein.
As many reflecting surfaces as possible.

減衰エレメント３を不均一に充填するためにとりわけ
適切な散乱ユニットとして図４に図示されたいわゆるPA
LLリング７が製造された。このPALLリング７は、実質的
に円柱状であり、さらにシリンダジャケットに有利には
矩形の開口部８を有する。これは図４のａ）からとりわ
けよく見て取れる。さらにPALLリング７はその内側にシ
ャベル状に湾曲したガイドエレメント９を有する。この
ガイドエレメント９は、超音波の振幅を減衰させる所望
のガス流の渦巻きを作り出す。このガイドエレメント９
は図４のｂ）からとりわけよく見て取れる。A so-called PA shown in FIG. 4 as a scattering unit particularly suitable for non-uniformly filling the attenuation element 3
The LL ring 7 was manufactured. The PALL ring 7 is substantially cylindrical and has a preferably rectangular opening 8 in the cylinder jacket. This can be seen particularly well from FIG. Further, the PALL ring 7 has a guide element 9 which is curved like a shovel inside. This guide element 9 creates a desired gas flow vortex which attenuates the amplitude of the ultrasonic waves. This guide element 9
Can be seen particularly well from FIG.

本発明による音波減衰器のこれまで言及してこなかっ
たさらに別の利点は、この音波減衰器の出口で滞る超音
波が非常に強く散乱されて出て行くこと、すなわちあら
ゆる方向へ伝播することである。従って、例えば流量計
に超音波が与える。影響のさらなる低減が、音波減衰器
と流量計との間の間隔を拡大することによって、又は強
く方向に依存する受信特性を有する超音波変換器によっ
て達成される。Yet another advantage of the sound attenuator according to the invention, which has not been mentioned before, is that the ultrasonic waves which remain at the outlet of this sound attenuator are very strongly scattered and exit, i.e. propagate in all directions. is there. Therefore, for example, ultrasonic waves are given to the flow meter. Further reduction of the effect is achieved by increasing the spacing between the sound attenuator and the flow meter, or by an ultrasonic transducer having strongly direction dependent receiving properties.

図面の図５には超音波原理によって作動する流量計の
測定信号10が、右側の縦軸に示されたm3/h単位の体積流
量と時間（横軸）との関係として図示されている。図５
にはさらにスロットルバルブの開口11と時間との関係が
図示されている。測定信号10はクリティカルな値の上側
でスロットルバルブを引き続き開いているにもかかわら
ずあまりにも大きく上昇する信号／雑音比のために一気
に降下してしまうことが明瞭に見て取れる。これは当然
望ましくない。FIG. 5 of the drawings shows the measurement signal 10 of a flow meter operating according to the ultrasonic principle as a function of the volume flow in m 3 / h shown on the right vertical axis and the time (horizontal axis). . FIG.
2 further shows the relationship between the opening 11 of the throttle valve and time. It can be clearly seen that the measurement signal 10 drops all at once due to the signal / noise ratio rising too much despite the throttle valve being still open above the critical value. This is of course undesirable.

最後に図面の図６には超音波原理によって作動する流
量計の測定信号10が、同様に右側の縦軸に示されたm3/h
単位の体積流量と時間（横軸）との関係として図示され
ている。この信号10の場合、超音波源としてのスロット
ルバルブと流量計との間のガス流の中に本発明の超音波
用音波減衰器が配置されている。流量計は高い体積流量
に至るまで申し分のない測定信号10を供給していること
が明瞭に見て取れる。図面の図６ではさらに本発明の超
音波用音波減衰器を介する圧力降下12が左側の縦軸に示
されている。この圧力降下12はほぼ2000m3/hの体積流量
において約0.5barである。Finally, FIG. 6 of the drawing shows the measurement signal 10 of a flow meter operating according to the ultrasonic principle, also indicated on the right-hand vertical axis in m 3 / h
It is shown as a relationship between the unit volume flow rate and time (horizontal axis). In the case of this signal 10, the ultrasonic sound attenuator of the present invention is arranged in the gas flow between the throttle valve as the ultrasonic source and the flow meter. It can clearly be seen that the flow meter provides a satisfactory measuring signal 10 up to a high volume flow. In FIG. 6 of the drawings, the pressure drop 12 through the ultrasonic sound attenuator of the present invention is further shown on the left vertical axis. This pressure drop 12 is about 0.5 bar at a volume flow of approximately 2000 m 3 / h.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコ ロースネク オランダ国 ＮＬ−2592 アーセー デ ン ハーグ フラスカムプ 82 (56)参考文献 特公 平３−11413（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/66 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (72) Inventor Nico Rosnek NL-2592 The Netherlands The Hague Fraskamp 82 (56) References Japanese Patent Publication No. 3-11413 (JP, B2) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01F 1/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】超音波原理によって作動し、さらに間隔を
おいて相互に配置された測定区間を間に有する２つの超
音波変換器を有する流量計であって、前記超音波変換器
により予め設けられた前記測定区間の前に乃至は後ろに
超音波のための音波減衰器が設けられている流量計にお
いて、 前記音波減衰器は多数の散乱ユニットを有し、該散乱ユ
ニットは実質的に円柱状のPALLリングとして形成されて
おり、該PALLリングは、そのシリンダジャケットに開口
部を有し、その内側にシャベル状に湾曲したガイドエレ
メントを有することを特徴とする流量計。1. A flow meter which operates according to the ultrasonic principle and has two ultrasonic transducers with a measuring section arranged at a distance from one another, said flow meter being provided in advance by said ultrasonic transducer. A flow meter provided with a sound attenuator for ultrasound before or after the measurement section provided, wherein the sound attenuator has a number of scattering units, the scattering units being substantially circular A flow meter formed as a columnar PALL ring, the PALL ring having an opening in its cylinder jacket and having a guide element curved in a shovel shape inside thereof.
JP52549097A 1996-02-21 1997-02-19 Ultrasonic sound attenuator Expired - Fee Related JP3212614B2 (en)

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DE19606411A DE19606411C2 (en) 1996-02-21 1996-02-21 Muffler for ultrasonic waves
PCT/EP1997/000795 WO1997031365A2 (en) 1996-02-21 1997-02-19 Sound damper for ultrasonic waves

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